使用二维(2D)层状膜精确和可选择性地分离离子是一个新兴的研究领域,其在水处理,海水淡化,传感,仿生和能量存储等领域都有潜在的应用。但是,大多数实验是围绕压力或浓度驱动的分离过程来研究,而没考虑离子种类的带电性质。这里,通过对2D氧化石墨烯基(GO-基)膜施加电场,证明了通过改变电场极性或增加电场强度,可以增强离子选择性。与传统渗透实验相反,选择性不仅受限于膜本身,还可以通过改变施加的电场强度来调整。这里利用一价和二价盐溶液,探究了两种膜。第一种是传统未修饰的GO膜,第二种是d间距受乙二胺(EDA)官能化限制的GO膜。分离单价离子时,使用EDA-GO膜其选择性达到1.5–5,而GO膜对应的选择性为1.3 – 3.56。使用密度泛函理论(DFT)计算,确定了EDA的存在可以增强K +和Na +络合物的形成,促使局部层间距离错乱。
Figure 1. 通过GO/EDA-GO膜优选吸附单价阳离子的示意图。(b)CDI电池的分解图以及各部分组件。
Figure 2.(a)从PTFE膜过滤器分离EDA-GO膜的照片。(b1)示意图显示了GO/EDA-GO膜。(b2)示意图说明了随电场变化,d-间距调制跨膜阳离子流动,朝相同的方向移动。(c)GO和(d)EDA-GO膜的SEM图。(e)GO和(f)EDA-GO膜在干燥状态下的XRD结果。
Figure 3. 对于不同溶液(a-d)F1- F4,随阳极电压增加,对应分离因子的变化图。
Figure 4. (a)EDA-GO结构和(b)K +,(c)Na +吸附的DFT计算。(d)这项工作中计算的结合能与参考文献的相比较。
该研究工作由新加坡科技大学Hui Ying Yang课题组于2020年发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文:Electric Field Modulated Ion-sieving Effects of Graphene Oxide Membranes。
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